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摘 要:套损井随着油田的开发时间的延长越来越多,特别是孤岛油田疏松砂岩油藏更为突出,本文分析了孤岛油田套管损坏的原因,介绍了套管损坏的类型和各种损坏类型所占的比例。阐述了打通道称管注水泥和膨胀管补贴两种套管修复工艺工艺原理和施工工序,通过这两种工艺在孤岛油田的应用证明,在多种修复套损井的技术中,打通道称管注水泥和膨胀管补贴工艺是治理套损井破裂、弯曲、错断和穿孔井的有效手段,修复成功率高,成本低,并且可以减少环境污染。
关键词:套损井;修复工艺;疏松砂岩;应用
随着油田开发时间的延长,特别是胶结强度低的油藏,套管损坏现象迅速出现;孤岛油田属馆陶组疏松砂岩油藏,合计含油面积133.1Km2,截止2007年底,共有油水井总数3700口,其中报废井占总井数的29.9%。这些都严重影响油水井生产和油田的经济高效开发,如何修复事故油水井,减少和利用工程报废井,提高损坏套管修复工艺是目前原油生产开发中的重要课题之一。
一、孤岛油田油水井井身结构损坏原因及特点
1、孤岛油田地质特征对井身结构修复的原因
孤岛油田属疏松砂岩油藏,胶结疏松,成岩性差,出砂严重。从近几年的声波变密度测井与声幅测井曲线来看,近井地带油层破坏严重,管外亏空和管外地层垮塌的现象十分严重。随着油田开发时间的增长,特别是注水开发油田,井下压力、产量、生产压差、含油饱和度、产出液中含水率都在发生变化,油层长期生产,有的油层出砂或隔、夹层坍塌,油田注入水长期对油层冲刷,油层胶结被破坏或因套管固井质量不合格,套管外窜槽,注入水侵入隔、夹层及泥岩层,引起粘土膨胀或岩层之间滑动(蠕动),以及开发过程中伴生气中的酸性气体和地层中的高矿化度水或井下腐蚀性细菌等因素,都对油水井套管有不同程度的损坏。此外,油田开发过程中,要进行压裂、酸化、热采注汽等增产措施,以及防砂、堵水、分层处理、油水井更换管柱、检泵及打捞处理事故等作业,都加剧了油水井套管的损坏,进而破坏油水井井身结构。
2、孤岛油田井身结构损坏情况和特点
(1)井身结构损坏的类型
通过对孤岛油田612口工程事故井进行统计,除去卡管、落物井其余579中,套管弯曲和套管缩径井达390口,占69.1%,套管漏失和井身结构破坏井都有不同出现(见表1)。
(2)井身结构损坏的位置
在事故类型统计的基础上,对损坏位置进行了调查,井身结构损坏多发生在射孔井段,达414口,占71.5%(见表2)。
(3)井身结构损坏的特点
一是套管弯曲、套管破裂、套管错断是孤岛油田井身结构损坏的主要类型,且以套管弯曲井最多;
二是疏松砂岩油藏出砂严重,随着油层的大量出砂和液流的冲刷作用,地层岩石逐渐被破坏,造成地层局部或大面积坍塌现象,岩石应力结构发生变化,往往在油层的中上部形成空洞,极易造成油层中上部井身结构的破坏。因此,套管的损坏位置多发生在中上部。
二、套管修复技术在孤岛油田的应用
1、井身结构的检测措施
除利通井规和铅模检测套管损坏程度外,2005年,为了提高修复效果,加强了对井身结构的检测。重点采取了32臂井径成像测井仪井径成像检测技术,地面仪器:SKH2000。2005年共施工检测5口,其中GD2-30-533经过测试分析事故复杂,无法修复(见表3)。此外还与采油工艺研究院进行合作,实施了光纤井下电视成像检测技术,进一步提高了对井下情况的了解,根据损坏类型实施了相应的套管修复工艺。
2、打通道称管管注水泥工艺
(1)井身结构的套管修复技术,针对打通道过程中,套管铣断后下部套管鱼顶跑偏的技术难题,采取了先进行管外加固、后打通道的办法,一定程度上缓解了这一问题。目前,打通道、下小套管固井作为主要的套变井修复治理工艺。在下扩铣工具对套损段打通道过程中,由于套管变形严重,容易将套管铣断(或套管本身已经错断),套管断裂后在径向力的作用下易产生径向位移,下部套管鱼顶跑偏,导致下井工具不能进入下部套管内,套损无法修复。为此,我们提出在对套损段扩铣打通道之前,先期对套管变形井段进行管外加固,防止套管断裂后断口发生错位。
在打通道之前,利用高压管外充填技术,通过射孔孔眼或断口(裂口)向套管外挤注可固结材料,待其固结后在套损段油层套管外围形成坚固、密实的人工井壁。从而确保下井工具的顺利下入。
但是在具体应用过程中,根据套损部位的不同,所选择的固结材料也有所区别。在非油层井段套损井,选材的主要原则是易挤注、固结强度高、材料成本低;在油层井段套损井,选材上主要考虑不破坏油层且能形成较高强度的人工井壁。2004年现场应用7口井,有效地防止了套管断裂后断口错位的问题和套管磨穿后管外地层垮塌的问题,同时有效地保护了油层。缺点是:夹层段长且在夹层处套变的井,防护效果差。
(2)砂体井壁,结合油水井生产特点,针对部分套管事故井,采用人工砂体井壁再造技术,完井后进行下泵生产,恢复井身结构事故井的再利用。
(3)针对套管漏失井漏失严重,不能在漏失井段套管周围形成有效的防护墙,影响堵漏效果的问题,采用具有一定膨胀性能的堵漏剂,并采取大颗粒封堵大孔道、间歇封堵的封堵工艺,较好地解决堵漏效果差的问题。
(4)针对修套过程中,由于地层出砂严重,井筒内返砂快的问题,采取了泥浆造饼技术,有效地抑制了地层出砂。针对地层漏失严重,打通道过程中无法建立有效循环,固井过程中水泥浆漏失,影响固井质量的问题,采用了油层暂堵技术。
2 液压实体膨胀补贴工艺
(1)补贴原理
液压实体膨胀补贴工艺所用实体膨胀管是用SLX-80型钢材制造,有内镀层,用以减少膨胀过程中的阻力,补贴管接头为平接型的左旋螺纹,在安装过程中用特制提升接头,(见图1);在井口组装、下到设计井深后,在地面从钻杆内加液压27.6 MPa,使膨胀器内的膨胀盘片爆破,膨胀锥脱离浮鞋,依靠液压力和钻杆的提升力实现膨胀补贴管,补贴后补贴位置内通径变小(见表4)。
(2)施工流程
施工前,用专用铣刀清除井筒补贴段的毛刺、铁锈、泥饼等杂物,循环清洗井筒。通井遇阻不超过12 kN/t为合格。补贴施工流程(以D139.7 mm套管为例):
(1)安装下套管设备,确认所有的卡瓦、套管钳和安全卡瓦都装配有微牙痕的板牙。如果有转矩检测仪,则接好转矩检测仪。
(2)用专用接头下入所有的膨胀管。安装好提升接头后,提起连接好的坐封器和膨胀器,使其顺利通过转盘。在下入膨胀器后的第一节膨胀管时安装刮泥器,然后下入其余膨胀管。所有接头都必须使用带式扳手或装有微牙痕板牙的工具上紧,所需转矩约为0.056 kN.m,下每根套管后,都要灌注干净的钻井液。
(3)下入补贴管柱.用D60.3 mm钻杆带对扣接头和封隔器下入井内,轻探膨胀组合顶部,用链钳把内部管柱与膨胀组合对扣,最大转矩为0.102 kN.m,然后将膨胀管下至设计深度。
(4)补贴,接上由壬头,用高压软管连接水泥车和钻杆,地面管线试压40 MPa;把膨胀锥上提到第一个密封圈要安装的深度,继续加压到膨胀器内膨胀盘片爆破的压力,该膨胀盘片爆破的额定压力为27.6 MPa。盘片爆破后,开始膨胀;开始膨胀后,增加排量到80 L/min,当指重表指示整个管柱质量有所减少时,司钻提起整个管柱,保持大约管柱的50%悬重;继续膨胀直到膨胀锥通过第一个密封圈。释放压力进行上提测试到90 kN,如果发现膨胀管被上提,马上停止上提测试;膨胀完第一根立柱,直到钻杆的接头已高出钻井平台,位于合适的卸扣高度,停泵泄压。甩掉起出的钻杆,接上由壬及高压软管,继续膨胀,至到膨胀完整个管柱;膨胀结束后,循环洗井作业,整个膨胀管可以根据操作方的需要进行压力测试,最高测试压力为15 MPa,然后起出井内工具;用钻杆下入D103.02 mm平头磨鞋及西瓜铣刀,将补贴管下端的浮鞋磨掉,同时大排量洗井,清除碎屑;起出井内工具,补贴完毕。
三、套管修复工艺实施效果
2004—2006年共施工井身结构修复33口,其中套弯井15口,套破井5口,套漏井9口,套管腐蚀井4口,恢复日产油38.5吨,日注水1033立方米,累计产油0.3697万吨,累计注水14.1853万立方米(见表5)。
结束语
利用套管修复工艺,可以利用原井筒,在不打更新井、侧钻井的情况下,完善开发地下井网,成本低,成功率高,可以减少开发用地,减少因钻井造成的环境污染。实践证明,打通道称管注水泥和膨胀管补贴两中工艺能有效治理疏松砂岩套损井。井身结构质量是油水井正产生产的重要保障,特别是对于长期开发的老油田,在今后,将针对如何提高井身结构质量和提高油水井利用效率方面,开展工艺技术研究。
参考文献:
[1] 万仁溥,罗俊.修井工艺与技术[M],采油技术手册(第五分册).北京:石油工业出版社,2001.
[2] 唐志军.套管损坏原因及防治措施[J].石油工程技术,2005(3):26-28
[3] 高强.李树彪,桩106断块套管损坏机理初步探讨[J].石油工程技术,2005(3):52-54
关键词:套损井;修复工艺;疏松砂岩;应用
随着油田开发时间的延长,特别是胶结强度低的油藏,套管损坏现象迅速出现;孤岛油田属馆陶组疏松砂岩油藏,合计含油面积133.1Km2,截止2007年底,共有油水井总数3700口,其中报废井占总井数的29.9%。这些都严重影响油水井生产和油田的经济高效开发,如何修复事故油水井,减少和利用工程报废井,提高损坏套管修复工艺是目前原油生产开发中的重要课题之一。
一、孤岛油田油水井井身结构损坏原因及特点
1、孤岛油田地质特征对井身结构修复的原因
孤岛油田属疏松砂岩油藏,胶结疏松,成岩性差,出砂严重。从近几年的声波变密度测井与声幅测井曲线来看,近井地带油层破坏严重,管外亏空和管外地层垮塌的现象十分严重。随着油田开发时间的增长,特别是注水开发油田,井下压力、产量、生产压差、含油饱和度、产出液中含水率都在发生变化,油层长期生产,有的油层出砂或隔、夹层坍塌,油田注入水长期对油层冲刷,油层胶结被破坏或因套管固井质量不合格,套管外窜槽,注入水侵入隔、夹层及泥岩层,引起粘土膨胀或岩层之间滑动(蠕动),以及开发过程中伴生气中的酸性气体和地层中的高矿化度水或井下腐蚀性细菌等因素,都对油水井套管有不同程度的损坏。此外,油田开发过程中,要进行压裂、酸化、热采注汽等增产措施,以及防砂、堵水、分层处理、油水井更换管柱、检泵及打捞处理事故等作业,都加剧了油水井套管的损坏,进而破坏油水井井身结构。
2、孤岛油田井身结构损坏情况和特点
(1)井身结构损坏的类型
通过对孤岛油田612口工程事故井进行统计,除去卡管、落物井其余579中,套管弯曲和套管缩径井达390口,占69.1%,套管漏失和井身结构破坏井都有不同出现(见表1)。
(2)井身结构损坏的位置
在事故类型统计的基础上,对损坏位置进行了调查,井身结构损坏多发生在射孔井段,达414口,占71.5%(见表2)。
(3)井身结构损坏的特点
一是套管弯曲、套管破裂、套管错断是孤岛油田井身结构损坏的主要类型,且以套管弯曲井最多;
二是疏松砂岩油藏出砂严重,随着油层的大量出砂和液流的冲刷作用,地层岩石逐渐被破坏,造成地层局部或大面积坍塌现象,岩石应力结构发生变化,往往在油层的中上部形成空洞,极易造成油层中上部井身结构的破坏。因此,套管的损坏位置多发生在中上部。
二、套管修复技术在孤岛油田的应用
1、井身结构的检测措施
除利通井规和铅模检测套管损坏程度外,2005年,为了提高修复效果,加强了对井身结构的检测。重点采取了32臂井径成像测井仪井径成像检测技术,地面仪器:SKH2000。2005年共施工检测5口,其中GD2-30-533经过测试分析事故复杂,无法修复(见表3)。此外还与采油工艺研究院进行合作,实施了光纤井下电视成像检测技术,进一步提高了对井下情况的了解,根据损坏类型实施了相应的套管修复工艺。
2、打通道称管管注水泥工艺
(1)井身结构的套管修复技术,针对打通道过程中,套管铣断后下部套管鱼顶跑偏的技术难题,采取了先进行管外加固、后打通道的办法,一定程度上缓解了这一问题。目前,打通道、下小套管固井作为主要的套变井修复治理工艺。在下扩铣工具对套损段打通道过程中,由于套管变形严重,容易将套管铣断(或套管本身已经错断),套管断裂后在径向力的作用下易产生径向位移,下部套管鱼顶跑偏,导致下井工具不能进入下部套管内,套损无法修复。为此,我们提出在对套损段扩铣打通道之前,先期对套管变形井段进行管外加固,防止套管断裂后断口发生错位。
在打通道之前,利用高压管外充填技术,通过射孔孔眼或断口(裂口)向套管外挤注可固结材料,待其固结后在套损段油层套管外围形成坚固、密实的人工井壁。从而确保下井工具的顺利下入。
但是在具体应用过程中,根据套损部位的不同,所选择的固结材料也有所区别。在非油层井段套损井,选材的主要原则是易挤注、固结强度高、材料成本低;在油层井段套损井,选材上主要考虑不破坏油层且能形成较高强度的人工井壁。2004年现场应用7口井,有效地防止了套管断裂后断口错位的问题和套管磨穿后管外地层垮塌的问题,同时有效地保护了油层。缺点是:夹层段长且在夹层处套变的井,防护效果差。
(2)砂体井壁,结合油水井生产特点,针对部分套管事故井,采用人工砂体井壁再造技术,完井后进行下泵生产,恢复井身结构事故井的再利用。
(3)针对套管漏失井漏失严重,不能在漏失井段套管周围形成有效的防护墙,影响堵漏效果的问题,采用具有一定膨胀性能的堵漏剂,并采取大颗粒封堵大孔道、间歇封堵的封堵工艺,较好地解决堵漏效果差的问题。
(4)针对修套过程中,由于地层出砂严重,井筒内返砂快的问题,采取了泥浆造饼技术,有效地抑制了地层出砂。针对地层漏失严重,打通道过程中无法建立有效循环,固井过程中水泥浆漏失,影响固井质量的问题,采用了油层暂堵技术。
2 液压实体膨胀补贴工艺
(1)补贴原理
液压实体膨胀补贴工艺所用实体膨胀管是用SLX-80型钢材制造,有内镀层,用以减少膨胀过程中的阻力,补贴管接头为平接型的左旋螺纹,在安装过程中用特制提升接头,(见图1);在井口组装、下到设计井深后,在地面从钻杆内加液压27.6 MPa,使膨胀器内的膨胀盘片爆破,膨胀锥脱离浮鞋,依靠液压力和钻杆的提升力实现膨胀补贴管,补贴后补贴位置内通径变小(见表4)。
(2)施工流程
施工前,用专用铣刀清除井筒补贴段的毛刺、铁锈、泥饼等杂物,循环清洗井筒。通井遇阻不超过12 kN/t为合格。补贴施工流程(以D139.7 mm套管为例):
(1)安装下套管设备,确认所有的卡瓦、套管钳和安全卡瓦都装配有微牙痕的板牙。如果有转矩检测仪,则接好转矩检测仪。
(2)用专用接头下入所有的膨胀管。安装好提升接头后,提起连接好的坐封器和膨胀器,使其顺利通过转盘。在下入膨胀器后的第一节膨胀管时安装刮泥器,然后下入其余膨胀管。所有接头都必须使用带式扳手或装有微牙痕板牙的工具上紧,所需转矩约为0.056 kN.m,下每根套管后,都要灌注干净的钻井液。
(3)下入补贴管柱.用D60.3 mm钻杆带对扣接头和封隔器下入井内,轻探膨胀组合顶部,用链钳把内部管柱与膨胀组合对扣,最大转矩为0.102 kN.m,然后将膨胀管下至设计深度。
(4)补贴,接上由壬头,用高压软管连接水泥车和钻杆,地面管线试压40 MPa;把膨胀锥上提到第一个密封圈要安装的深度,继续加压到膨胀器内膨胀盘片爆破的压力,该膨胀盘片爆破的额定压力为27.6 MPa。盘片爆破后,开始膨胀;开始膨胀后,增加排量到80 L/min,当指重表指示整个管柱质量有所减少时,司钻提起整个管柱,保持大约管柱的50%悬重;继续膨胀直到膨胀锥通过第一个密封圈。释放压力进行上提测试到90 kN,如果发现膨胀管被上提,马上停止上提测试;膨胀完第一根立柱,直到钻杆的接头已高出钻井平台,位于合适的卸扣高度,停泵泄压。甩掉起出的钻杆,接上由壬及高压软管,继续膨胀,至到膨胀完整个管柱;膨胀结束后,循环洗井作业,整个膨胀管可以根据操作方的需要进行压力测试,最高测试压力为15 MPa,然后起出井内工具;用钻杆下入D103.02 mm平头磨鞋及西瓜铣刀,将补贴管下端的浮鞋磨掉,同时大排量洗井,清除碎屑;起出井内工具,补贴完毕。
三、套管修复工艺实施效果
2004—2006年共施工井身结构修复33口,其中套弯井15口,套破井5口,套漏井9口,套管腐蚀井4口,恢复日产油38.5吨,日注水1033立方米,累计产油0.3697万吨,累计注水14.1853万立方米(见表5)。
结束语
利用套管修复工艺,可以利用原井筒,在不打更新井、侧钻井的情况下,完善开发地下井网,成本低,成功率高,可以减少开发用地,减少因钻井造成的环境污染。实践证明,打通道称管注水泥和膨胀管补贴两中工艺能有效治理疏松砂岩套损井。井身结构质量是油水井正产生产的重要保障,特别是对于长期开发的老油田,在今后,将针对如何提高井身结构质量和提高油水井利用效率方面,开展工艺技术研究。
参考文献:
[1] 万仁溥,罗俊.修井工艺与技术[M],采油技术手册(第五分册).北京:石油工业出版社,2001.
[2] 唐志军.套管损坏原因及防治措施[J].石油工程技术,2005(3):26-28
[3] 高强.李树彪,桩106断块套管损坏机理初步探讨[J].石油工程技术,2005(3):52-54